我國科研人員構建非洲豬瘟病毒感染的全景式細胞轉錄圖譜

據“中國科學院微生物研究所”公眾號消息，2022年5月5日，中國科學院微生物研究所高福院士團隊、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所仇華吉研究員團隊、北京大學湯富酬教授團隊合作，在PNAS上在線發表了題為 Transcriptome Profiling in Swine Macrophages Infectedwith African Swine Fever Virus at Single-Cell Resolution 的研究論文。該研究首次繪製了（African swine fever virus，ASFV）感染的原代巨噬細胞基因表達全景式圖譜，揭示病毒與宿主分子之間的關聯模式以及病毒複製所調控的宿主細胞信號通路。

ASFV是非洲豬瘟的病原。非洲豬瘟是嚴重危害全球養豬業的一種烈性傳染病，是養豬業的“頭號殺手”。目前由於對ASFV感染和致病機制的認知不足，人們難以研發安全有效的疫苗和抗病毒策略。病毒感染宿主細胞會引發宿主基因表達模式的改變，進而決定宿主細胞的命運。ASFV感染會誘導機體大量免疫細胞的衰竭，進而導致感染個體無法建立有效的抗病毒應答，而ASFV誘導靶細胞基因表達模式的全景以及誘導細胞衰竭的機制目前尚不明確。單細胞轉錄組測序技術是在單個細胞水平上研究基因表達模式的強大工具，可為解析病毒的感染和致病機制提供科學依據。

該研究利用ASFV感染的原代豬肺泡巨噬細胞，通過單細胞轉錄組測序技術，發現不同ASFV基因的表達模式存在時間規律性，這為病毒基因的功能註釋提供了重要依據。此外，該研究還發現巨噬細胞的基因表達模式在病毒暴露環境下會發生明顯變化，其中干擾素刺激基因（Interferon-stimulated gene，ISG）、炎症反應相關基因、細胞因子相關基因的表達均出現顯著上調。

圖1. 單細胞轉錄組測序揭示ASFV感染巨噬細胞的轉錄組圖譜

通過進一步的探索，該項研究將感染暴露環境下的細胞區分為感染細胞和非感染細胞，感染細胞中不同細胞的病毒載量存在異質性。研究者發現在高病毒載量細胞中，宿主細胞上調了細胞代謝相關的基因（例如能量代謝），而下調了ISG等免疫相關的基因以及未摺疊蛋白反應（Unfolded protein response，UPR）相關的基因。同時該研究構建了ASFV病毒蛋白與宿主分子的關聯模式，發現病毒基因表達水平和細胞代謝相關基因表達水平呈現正相關關係。此外，本研究發現腫瘤壞死因子α（TNF-α）是ASFV誘導細胞凋亡的主要因素。

該項研究報道了ASFV感染巨噬細胞的單細胞轉錄組圖譜研究，揭示了病毒調控宿主細胞的重要信號通路。研究為解析ASFV感染誘導免疫細胞大量衰竭進而無法建立有效的抗病毒應答提供了重要科學依據，併為深入闡明ASFV致病機制提供了理論基礎。

圖2. ASFV病毒蛋白和宿主分子之間的交互作用

中國科學院微生物研究所高福院士、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所仇華吉研究員、北京大學湯富酬教授、中國科學院微生物研究所畢玉海研究員為該論文的共同通訊作者。中國科學院微生物研究所鄭宇軒博士後、李世華助理研究員、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所李素副研究員和於少雄博士為並列第一作者。中國科學院微生物研究所王奇慧研究員、中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所碩士生張柯慧、屈亮和孫元研究員為論文的共同作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目、中科院非洲豬瘟重點專項、中科院科技先導項目以及黑龍江省自然科學基金項目的資助。